Fe/Co/Ni基金属化合物纳米材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-06-30 08:07
在当今革命性的能源市场中,由于传统能源的过度使用和环境的严重污染,超级电容器作为最具优势的新一代储能器件成为研究热点,近年来得到了快速的发展。超级电容器最重要的组成部分是电极材料,因此正负极材料在一定程度上决定着其电化学性能的好坏。与此同时,第一过渡系金属Fe/Co/Ni氧化物及其氢氧化物由于其较高的理论容量受到了广泛的关注,然而由于材料在充放电过程中仍然存在导电性差、可逆性差等问题,导致其实际比容量较低。本论文分别制备了性能优异的镍钴基正极材料和铁基负极材料,然后对其具体的形成过程和电化学性能进行了一系列的探索和表征,主要包括以下两部分实验内容:通过简单有效的水热合成路线制备了直接生长在泡沫镍基底上的NiCoAl-LDH（表示为NCA）纳米片。此外,以水热时间为演变轴,探究了镍钴比例对材料的组成以及电化学性能的影响。研究结果表明泡沫镍不仅可以作为缓释镍源来调节Ni和Co离子比例的同时不改变样品的形态,而且直接导向生长还可以避免活性物质的损失,增加材料的活性位点。所获得的NiCoAl-LDH（Ni:Co-1:1.5）电极材料在1 mA cm-2的电流密度下显示出优...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器及其他储能器件比能量和比功率关系图
图 1-2 超级电容器的分类[3].1 双电层电容器1879 年亥姆霍兹（Helmholz）首先提出了双电层理论，这是有关靠近金属电面的离子分布的第一个理论模型，也是双电层电容器储能的理论基础所在[4]。LCs 是通过静电吸引存储电荷的，也就是正负电荷在电极材料表面积累，没有元素价态的变化[5]。双电层电容器的储能原理是静电存储机制，是带电荷的离正负电极材料以及电解液界面发生的可逆的物理性质的吸附，进而使得电荷排列最后实现电能的储存。在充电的时候，在外电路施加一个电压，使电子极传输到负极，同时溶液中的正离子和负离子向电极的表面不断扩散，存在电极和电解液界面之间的正负电荷通过静电作用互相吸引，完成电荷的储存；充电完成后，这些正电荷和负电荷会因吸引力的存在定向排列，保证了双电荷结构的稳定。在放电过程中，正负电极与外加电阻的外部电路互相连通，外电路负极电荷会再回到正极产生电流，剩余的电荷则转移回到电解液中。层结合可以使电极材料之间的距离在微观上变小，因此 EDLCs 具有更高的 E
制备成本低等所以应用较为广泛，但是理论比容量较低，而且表面附着的离子有限使材料大的比表面积不能充分发挥双电层储能作用，这制了他们的进一步发展。.3.2 赝电容器1971 年，Trasatti 和 Bugganca 发现了一种具有类似于超级电容的充放电行物质，这种物质就是二氧化钌，至此将金属氧化物用作超级电容器的电极材一发现引起了人们的广泛关注。众多研究表明，在充放电过程中金属氧化物的并不是单纯的物理吸脱附过程而是涉及到氧化还原反应的化学过程，即法赝电容。从工作原理上讲，法拉第赝电容器与电池是类似的。施加一定的外压，充电时电解液中的 H+或 OH-等离子会迁移到电极和电解液的界面间，使部分电荷因静电吸引形成双电荷层，而另一部分电荷会通过进行氧化还原反行电荷的储存。而在放电过程中，再进行上述可逆的氧化还原反应，同时部荷被释放出来传递到外电路，与活性材料发生电化学反应的电解质离子则传电解液中，从而完成放电的过程[9, 10]。
本文编号：3257378
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器及其他储能器件比能量和比功率关系图
图 1-2 超级电容器的分类[3].1 双电层电容器1879 年亥姆霍兹（Helmholz）首先提出了双电层理论，这是有关靠近金属电面的离子分布的第一个理论模型，也是双电层电容器储能的理论基础所在[4]。LCs 是通过静电吸引存储电荷的，也就是正负电荷在电极材料表面积累，没有元素价态的变化[5]。双电层电容器的储能原理是静电存储机制，是带电荷的离正负电极材料以及电解液界面发生的可逆的物理性质的吸附，进而使得电荷排列最后实现电能的储存。在充电的时候，在外电路施加一个电压，使电子极传输到负极，同时溶液中的正离子和负离子向电极的表面不断扩散，存在电极和电解液界面之间的正负电荷通过静电作用互相吸引，完成电荷的储存；充电完成后，这些正电荷和负电荷会因吸引力的存在定向排列，保证了双电荷结构的稳定。在放电过程中，正负电极与外加电阻的外部电路互相连通，外电路负极电荷会再回到正极产生电流，剩余的电荷则转移回到电解液中。层结合可以使电极材料之间的距离在微观上变小，因此 EDLCs 具有更高的 E
制备成本低等所以应用较为广泛，但是理论比容量较低，而且表面附着的离子有限使材料大的比表面积不能充分发挥双电层储能作用，这制了他们的进一步发展。.3.2 赝电容器1971 年，Trasatti 和 Bugganca 发现了一种具有类似于超级电容的充放电行物质，这种物质就是二氧化钌，至此将金属氧化物用作超级电容器的电极材一发现引起了人们的广泛关注。众多研究表明，在充放电过程中金属氧化物的并不是单纯的物理吸脱附过程而是涉及到氧化还原反应的化学过程，即法赝电容。从工作原理上讲，法拉第赝电容器与电池是类似的。施加一定的外压，充电时电解液中的 H+或 OH-等离子会迁移到电极和电解液的界面间，使部分电荷因静电吸引形成双电荷层，而另一部分电荷会通过进行氧化还原反行电荷的储存。而在放电过程中，再进行上述可逆的氧化还原反应，同时部荷被释放出来传递到外电路，与活性材料发生电化学反应的电解质离子则传电解液中，从而完成放电的过程[9, 10]。
本文编号：3257378
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3257378.html
